WO2003013049A1

WO2003013049A1 - Verteilung von subcarriern eines multi-carrier-systems für niederratige terminals

Info

Publication number: WO2003013049A1
Application number: PCT/DE2001/002727
Authority: WO
Inventors: Juergen Kockmann
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Die Komplexität von Endgeräten bzw. Terminals, die lediglich bei niedrigen Datenraten arbeiten, soll reduziert werden. Dazu wird ein Endgerät, das zum Empfang eines Mehrträgersignals geeignet ist, mit einer Filtereinrichtung ausgestattet, die mindestens einen Träger eines Datensignals aus mehreren Trägern des empfangenen Mehrträgersignals ausfiltert. Dadurch kann die nachfolgende Signalverarbeitung im Endgerät wesentlich einfacher gestaltet werden. Wird auf einem zusätzlichen Träger ein Pilotsignal gesendet, so kann sich das Endgerät (MT) mit der Basisstation synchronisieren, womit sich Inter-carrier-Interference vermeiden lässt.

Description

Beschreibung

Verteilung von Subcarriern eines Multi-Carrier-Systems für niederratige Terminals

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangs- und Sendevorrichtung für ein Mehrträgersystem, mit der Mehrträgersignale empfangen und gesendet werden können. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung entsprechende Empfangs- und Sendeverfahren und insbesondere Endgeräte und Basisstationen von Mehrträgersystemen.

Breitbandige schnurlose Übertragungssysteme werden häufig als Mehrträger- bzw. Multi-Carrier-Systeme realisiert. Beispiele derartiger Systeme sind OFDM (Orthogonal Frequency Devision Multiplex) basierte HiperLAN/2- sowie IEEE 802. lla-Systeme. Üblicherweise werden in diesen Systemen mobile Terminals und andere Endgeräte eingesetzt, die in der Lage sind, hohe Datenraten zu empfangen, zu verarbeiten und zu senden. Der Auf- bau derartiger Endgeräte für hohe Datenraten ist verhältnismäßig komplex.

Soll an einem Mehrträgersystem ein Endgerät mit niedriger Datenrate betrieben werden, so muss dieses trotzdem in der Lage sein, die Mehrträgersignale aufzunehmen und weiterzuverarbei- ten. Damit ist der Implementierungsaufwand für diese nieder- ratigen Terminals verhältnismäßig hoch. Der Grund hierfür liegt darin, dass bei den gängigen Mehrträger-Konzepten auf allen Trägern bzw. Subcarriern in einem kurzen Slot bzw. Zeitschlitz Daten gleichzeitig übertragen werden. Dies bedeutet, dass der Empfangs- und Sendezweig eines Terminals alle Subcarrier bedienen können muss, womit dessen Komplexität steigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Komplexität von Endgeräten bzw. Terminals, die lediglich bei niederen Datenraten z. B. für Sprachübertragung arbeiten zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Empfangsvorrichtung, insbesondere Endgerät, für ein Mehrträgersystem mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Mehrtragersignals und einer Filtereinrichtung zum Ausfiltern mindestens eines Trägers aus mehreren Trägern des empfangenen Mehrtragersignals .

Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Sendevorrichtung, insbesondere Basisstation, für ein Mehrträgersystem mit einer Sendeeinrichtung zum Senden eines Mehrtragersignals mit mehreren Trägern, wobei mehreren Empfängern jeweils eiher oder mehrere der Träger des Mehrtragersignals zuordenbar sind.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Empfang von Datensignalen durch Empfang eines Mehrträger- Signals mit mehreren Trägern und Ausfiltern mindestens eines der Träger des empfangenen Mehrtragersignals, der das Datensignal trägt.

Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Senden mindestens eines Datensignals durch Senden des Datensignals in einem Mehrträgersignal mit mehreren Trägern, wobei mindestens einer der Träger des Mehrträgersystems einem Empfänger zugeordnet wird, so dass das Datensignal auf dem mindestens einen Träger zu dem Empfänger übertragen wird.

In vorteilhafter Weise kann somit die Komplexität eines Endgeräts bzw. Terminals reduziert werden, da dieses intern nicht mehr ein breitbandiges Mehrträgersignal verarbeiten muss, sondern bereits vor der Verarbeitung das Ausfiltern des relevanten Trägers bzw. der relevanten Träger stattfindet.

Darüber hinaus können nun erfindungsgemäß von einer Basisstation gleichzeitig mehrere Terminals bedient werden. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 ein breitbandiges schnurloses Übertragungssystem gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 2 ein breitbandiges schnurloses Übertragungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Entsprechend Fig. 1 sendet eine Basisstation, die auf dem OFDM-Konzept basiert, ein Übertragungssignal an mehrere End- gerate bzw. Mobile Terminals MTA, MTB, MTC und MTD. Das Übertragungssignal besitzt mehrere Zeitschlitze A, B, C und D. In jedem der Zeitschlitze werden alle Träger bzw. Subcarrier ü- bertragen. Im vorliegenden Fall ist jeweils ein Zeitschlitz für ein bestimmtes Terminal vorgesehen. So ist der Zeit- schlitz A dem Terminal MTA, B dem Terminal MTB, C dem Terminal MTC und D dem Terminal MTD zugeordnet. Jedes der Mobile Terminals MTA, MTB, MTC und MTD empfängt das Übertragungssignal in seiner gesamten Bandbreite, verarbeitet es weiter und extrahiert so die für ihn relevanten Daten. Jedes der Mobile Terminals ist damit auf breitbandige Verarbeitung auszulegen, selbst wenn zwischen der Basisstation und dem entsprechenden Mobile Terminal lediglich eine Sprachverbindung hergestellt werden muss. Dies erfordert eine hohe Leistungsfähigkeit und Komplexität der Terminals, was sich letztlich auch auf deren Anschaffungskosten niederschlägt.

Fig. 2 zeigt nun hierzu die erfindungsgemäße Lösung, bei der die Basisstation BS ebenfalls ein Multi-Carrier- bzw. Mehrträgersignal an Mobile Terminals MTa, MTb, MTc und MTd sen- det. In diesem Fall sind jedoch jedem Träger- bzw. Subcar- rier-Paar a, b, c und d die Mobile Terminals MTa, MTb, MTc und MTd zugeordnet. Dies bedeutet, dass in einem Zeitschlitz A gleichzeitig mehrere Mobile Terminals ansprechbar sind. Prinzipiell ist es nun möglich, dass ein Endgerät mit genau einem Träger angesprochen wird. Somit könnte eine Basisstation durch Absenden eines Mehrtragersignals mit 52 Subcarriern bzw. Trägern insgesamt 52 niederratige Endgeräte gleichzeitig ansprechen. In der Praxis ergeben sich aber bei zu intensiver Nutzung von Multi-Carrier-Signalen für unterschiedliche Endgeräte aufgrund von Interferenzen zwischen den Trägern (In- tercarrier Interference, ICI) Implementierungsprobleme. Die Ursache für derartige Zwischenträgerinterferenzen liegt dar- in, dass die von der Basisstation oder den Endgeräten verwendeten Trägerfrequenzen nie exakt gleich sein können. Lediglich mit sehr hohem apparativen Aufwand könnten die Frequenzabweichungen so gering gehalten werden, dass praktisch keine Störungen mehr auftreten.

Aus wirtschaftlichen Aspekten ist es jedoch günstiger, auf definierten Trägern in einem Sendeslot bzw. Sendezeitschlitz Pilotsignale zu senden, um die Zwischenträgerinterferenz in diesem Sendeslot möglichst gering zu halten. Die Pilotsignale können die jeweiligen Empfänger dann dazu verwenden, um ihre Trägerfrequenz auf diejenige der Basisstation abzustimmen. Neben dieser Frequenzsynchronisation kann das Pilotsignal grundsätzlich auch als Referenzsignal zur Zeitsynchronisation verwendet werden.

Die Synchronisation erfordert damit, dass für jedes Endgerät neben einem Träger für Datensignale auch ein Träger für ein Pilotsignal reserviert wird. Dies bedeutet, dass in einem Zeitslot pro Endgerät zwei Träger zur Verfügung stehen müs- sen, um Zwischenträgerinterferenzen zu vermeiden. In Fig. 2 ist jedes Trägerpaar als einzelner Strich dargestellt. Damit sind durch die vier Trägerpaare a, b, c und d im Zeitschlitz A des Multiträgersignals von der Basisstation BS die vier Endgeräte MTa, MTb, MTc und MTd ansprechbar. Jedes der Endge- rate filtert schmalbandig zwei Trägerfrequenzen von dem Mehrträgersignal aus und verarbeitet dieses Signalpaar weiter. Von dem einen Trägersignal werden Kommunikationsdaten extrahiert, während von dem anderen Träger das Pilotsignal entnommen und dazu verwendet wird, die Trägerfrequenz bzw. Träger- frequenzen des Endgerätes mit der bzw. denen der Basisstation

BS zu synchronisieren. Somit können Daten zu mehreren Terminals gesendet werden, ohne dass es zu Zwischenträgerinterferenzen kommt. Dabei ist es grundsätzlich günstig, aber nicht notwendig, dass die Träger für Pilotsignal und Datensignal (e) hinsichtlich der Frequenz nebeneinander liegen, um einer einfachen Bandpassfilterung im Endgerät Rechnung zu tragen.

Falls mehrere Endgeräte von der Basisstation BS bedient wer- den, ist davon auszugehen, dass die Verarbeitungskapazitäten der verschiedenen Endgeräte unterschiedlich ist. Daher kann die Übertragungskapazität besser ausgenutzt werden, wenn die Anzahl der Träger, auf denen Daten zu den Terminals übertragen werden, für jedes angesprochene Endgerät variierbar ist. Somit wird günstigerweise die Anzahl der Träger dynamisch an die im Einsatz befindlichen Endgeräte bzw. deren Datenrate angepasst. Beispielsweise kann das Endgerät MTa mit zwei Trägern, d. h. einen für das Pilotsignal und einen für ein Datensignal, das Endgerät MTb mit drei Trägern, d. h. einen für das Pilotsignal und zwei für Datensignale, das Endgerät MTc mit vier Trägern, d. h. einen für das Pilotsignal und drei für Datensignale, etc. betrieben werden. Das dynamische Anpassen der Anzahl der Träger für Datensignale an die Verarbeitungsrate der jeweiligen Endgeräte ist notwendig, um zu vermeiden, dass alle Endgeräte nur mit der Datenrate versorgt werden, die das langsamste Endgerät verarbeiten kann.

Das Ein- und Austreten von Endgeräten mit unterschiedlichen Datenverarbeitungsraten in das bzw. aus dem Multi-Carrier- System kann durch eine dynamische Zuordnung von Pilotsignalen zu Trägern bzw. Subcarriern realisiert werden. Das dynamische Zuordnen ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Übertragungsbandbreite, und somit eine Kommunikation mit möglichst vielen Endgeräten. Gleichzeitig ermöglicht dieses Konzept, die Implementierungskomplexität eines Terminals bzw. Endgeräts erheblich zu senken. Ein typischer Bedarfsfall hierzu sind Endgeräte zur Sprachübertragung, sogenannte „Voice Terminals*, die mit der vorliegenden Erfindung mit verhältnismä- ßig geringer Komplexität implementiert und in einem Hiper-

LAN/2-System betrieben werden können.

Bezugszeichenliste

MTA, MTB, MTC, MTD Endgeräte bzw. mobile Terminals

A, B, C, D Zeitschlitze

BS Basisstation

MTa, MTb, MTc, MTd Mobile Terminals a, b, c, d Träger bzw. Subcarrier-Paar

Claims

Patentansprüche

1. Empfangsvorrichtung, insbesondere Endgerät, für ein Mehrträgersystem mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Mehrtragersignals g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Filtereinrichtung zum Ausfiltern mindestens eines Trägers aus mehreren Trägern des empfangenen Mehrträ- gersignals.

2. EmpfangsVorrichtung nach Anspruch 1, wobei durch die Filtereinrichtung mindestens zwei Träger ausfilterbar sind, von denen einer ein Pilotsignal zum Synchronisie- ren der Empfangsvorrichtung mit dem Sender des Pilotsignals trägt.

3. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mehrträgersystem auf OFDM und insbesondere auf Hiper- LAN/2 oder IEEE 802.11a basiert.

4. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anzahl der ausfilterbaren Träger dynamisch variierbar ist.

5. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit weiterhin einer Sendeeinrichtung zum Senden von Signalen auf mindestens einem Träger, dessen Frequenz der des mindestens einen empfangenen, ausgefilterten Trägers entspricht.

6. Sendevorrichtung, insbesondere Basisstation, für ein Mehrträgersystem mit einer Sendeeinrichtung zum Senden eines Mehrträgersig- nals mit mehreren Trägern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mehreren Empfängern jeweils einer oder mehrere der Träger des Mehrtragersignals zuordenbar sind.

7. Sendevorrichtung nach Anspruch 6, wobei jedem der Emp- fänger mindestens zwei Träger zuordenbar sind, von denen jeweils einer ein Pilotsignal trägt, das zur Synchronisation mit dem jeweiligen Empfänger verwendbar ist .

8. Sendevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Träger dynamisch einem Empfänger zuordenbar sind.

9. Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Anzahl der Träger, auf denen Daten zu Empfän- gern übertragbar sind, dynamisch an eine Datenrate eines Empfängers oder mehrerer Empfänger anpassbar sind.

10.Verfahren zum Empfang von Datensignalen durch

Empfang eines Mehrtragersignals mit mehreren Trägern, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

Ausfiltern mindestens eines der Träger des empfangenen

Mehrtragersignals, der das Datensignal trägt.

11.Verfahren nach Anspruch 10, wobei bei dem Ausfiltern mindestens zwei Träger ausgefiltert werden, von denen einer ein Pilotsignal zum Synchronisieren von Sender und Empfänger trägt.

12.Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Mehrträgersignal auf OFDM und insbesondere auf HiperLAN/2 oder IEEE 802.11a basiert.

13.Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Anzahl der auszufilternden Träger dynamisch variiert wird.

14.Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei Signale auf mindestens einem Träger, dessen Frequenz der des mindestens einen empfangenen, ausgefilterten

Trägers entspricht, abgesendet werden.

15.Verfahren zum Senden mindestens eines Datensignals durch

Senden des Datensignals in einem Mehrträgersignal mit mehreren Trägern, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

Zuordnen mindestens eines der Träger des Mehrträgersys- te s zu einem Empfänger, so dass das Datensignal auf dem mindestens einen Träger zu dem Empfänger übertragen wird.

16.Verfahren nach Anspruch 15, wobei mindestens zwei Trä- ger dem Empfänger zugeordnet werden, wobei einer der Träger ein Pilotsignal zum Synchronisieren eines Senders mit dem Empfänger trägt.

17.Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei Pilotsignale den Trägern des Mehrtragersignals dynamisch zugeordnet werden .

18.Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Anzahl der Träger, auf denen Daten zu einem Empfänger übertragen werden, dynamisch an eine vorgegebene Datenrate angepasst werden.